柴油機(jī)排氣管發(fā)紅現(xiàn)象的探討

文中詳細(xì)描述了LH輪主機(jī)排氣管發(fā)紅故障的處理過程，并對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析、探討，為輪機(jī)人員及機(jī)務(wù)管理人員處理該類問題提供了有益的解決思路和處理方法。一、引言在日常機(jī)務(wù)管理中，船舶主柴油機(jī)在正常航行時出現(xiàn)排氣管發(fā)紅的現(xiàn)象時有發(fā)生，夏季時表現(xiàn)最為明顯。此種現(xiàn)象的出現(xiàn)，往往沒有較好的處理辦法，只能迫使主機(jī)降速運(yùn)行。這使得船舶主機(jī)長期偏離最佳工況點(diǎn)，燃燒不斷惡化，引起船舶長期減速航行，對船舶的正常營運(yùn)，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益構(gòu)成極大影響，對船舶輪機(jī)長及公司技術(shù)保障部門的設(shè)備管理工作帶來很大壓力。為此，通過對一起船舶主機(jī)排氣管發(fā)紅故障的探討，分析導(dǎo)致該故障的可能性原因，找出一般性的規(guī)律，從而采取有效消除措施，保障船舶柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。二、LH輪排氣管發(fā)紅及維修過程LH輪是一條多用途沿海萬噸級散貨船，主機(jī)為陜西柴油機(jī)廠的8DKM-28型柴油機(jī)，配三菱MET30SR型增壓器，主機(jī)功率2,500kw，額定轉(zhuǎn)速750rpm，日常運(yùn)行轉(zhuǎn)速630rpm，齒輪箱換向，該輪于2004年出廠投入生產(chǎn)。自上次修船運(yùn)營一年左右時間后，船上輪機(jī)長反映主機(jī)排氣管有發(fā)紅現(xiàn)象。此時主機(jī)轉(zhuǎn)速為540rpm（因排氣管發(fā)紅不敢再提高主機(jī)轉(zhuǎn)速），主機(jī)最高排溫為375℃，排氣總管溫度已達(dá)650℃（點(diǎn)溫計測量）左右，增壓器前溫度600℃左右，增壓器后溫度已高溫?fù)p壞，掃氣溫度55℃左右，壓縮壓力較均勻，爆壓較以前稍低（在630rpm時正常爆壓為12.5MPa左右），各缸供油格數(shù)不均勻。輪機(jī)長組織人員進(jìn)行了修理，更換了NO.1.2.3缸高壓油泵柱塞套筒，對噴油正時進(jìn)行了校正，對噴油嘴也進(jìn)行了更換，但效果不佳。柴油機(jī)參數(shù)見表1。主管機(jī)務(wù)員在實(shí)船查看后，與輪機(jī)長一起，進(jìn)行了認(rèn)真分析。認(rèn)為可能的原因是燃燒不完全，后燃嚴(yán)重引起，也不排除排氣不暢，負(fù)荷過高導(dǎo)致。為此，提出了從外部負(fù)荷、螺旋槳、廢氣通道、鍋爐及柴油機(jī)技術(shù)參數(shù)入手解決此問題的方案：（1）高壓油泵柱塞套筒內(nèi)漏嚴(yán)重者換新。（2）各缸噴油定時重新校對。（3）氣閥間隙重新調(diào)整。（4）檢查廢氣鍋爐排煙通道。（5）再次檢查壓縮壓力。（6）航行途中是否有漁網(wǎng)纏槳現(xiàn)象。（7）各缸噴油器拆檢。在錨泊期間，船上人員對以上7項(xiàng)要求進(jìn)行了落實(shí)，更換了NO4，NO6高壓油泵柱塞套筒；對各缸噴油定時進(jìn)行重新校對，其中NO.4，NO.8缸噴油正時偏小5度左右，恢復(fù)正常；氣閥間隙重新調(diào)整正常；廢氣鍋爐排煙通道檢查正常，煙門通道無堵塞現(xiàn)象；檢查壓縮壓力無變化；空船調(diào)整吃水差，目測螺旋槳無明顯纏槳現(xiàn)象；各缸噴油器拆檢，普遍霧化不良，換新油頭。經(jīng)此次錨地修理后，主機(jī)轉(zhuǎn)速為570rpm，排氣管發(fā)紅現(xiàn)象未見消退，其參數(shù)見表2。從幾個航次的運(yùn)行情況看來，主機(jī)工況沒有根本性好轉(zhuǎn)，負(fù)荷大時排氣管發(fā)紅非常明顯，沒有消退的跡象。根據(jù)前述思路決定再對以下幾項(xiàng)進(jìn)行檢修：（1）增壓器解體保養(yǎng)，經(jīng)專業(yè)人員解體保養(yǎng)認(rèn)為，該增壓器結(jié)碳較嚴(yán)重，清潔，更換軸承，測量間隙正常，裝復(fù)。（2）主機(jī)中冷器清洗，由船員清洗完成，目測表面清潔。（3）對有懷疑的幾個缸執(zhí)行吊缸。（在航行空隙，船員已對NO.4，5缸進(jìn)行吊缸檢查，輪機(jī)長認(rèn)為沒有問題，已不需再吊缸）（4）請柴油機(jī)技術(shù)人員上船對主機(jī)凸輪軸定時等進(jìn)行仔細(xì)檢查，所有數(shù)據(jù)都在正常范圍，沒有異常。經(jīng)此修理后，主機(jī)工況有所好轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速上升，排氣管發(fā)紅現(xiàn)象稍退，主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)600rpm，其工況參數(shù)見表3。但好景不長，經(jīng)2個航次的運(yùn)行后主機(jī)工況出現(xiàn)了反復(fù)。主機(jī)各缸排溫達(dá)到400℃左右，排氣總管溫度接近650℃，排氣管燒的通紅（此時船上已無心系統(tǒng)檢測各參數(shù)，岸基要求回港修理）。在回寧波港途中主機(jī)工況急劇下降，主機(jī)大冒黑煙、排氣管通紅。主機(jī)只能維持在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，最終出現(xiàn)主機(jī)無法合排工作，船舶停航修理。與此同時岸基技術(shù)部門通過各種渠道對8DKM28柴油機(jī)的故障進(jìn)行咨詢，廠家認(rèn)為系柴油機(jī)負(fù)荷過重引起，萬噸級船舶配2,500kw柴油機(jī)似有小馬拉大車之感，應(yīng)使柴油機(jī)各參數(shù)調(diào)整至最佳狀態(tài)，確保軸系齒輪箱螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)良好；廠家反映目前新出廠的8DKM28柴油機(jī)配VTR304-P11型增壓器較多。岸基技術(shù)部門通過各種渠道對使用8DK28柴油機(jī)的一些船東了解情況，他們都認(rèn)為該柴油機(jī)配MET30SR型增壓器排氣管確有發(fā)紅現(xiàn)象，工況不斷惡化，當(dāng)改為VTR304-P11型增壓器后排氣管發(fā)紅現(xiàn)象消失。經(jīng)現(xiàn)場了解及對有關(guān)參數(shù)的分析，參考各方經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為此次停航修理工作還是按照前述原則，但由航修人員進(jìn)行專業(yè)維修，內(nèi)容如下：（1）派潛水員下海檢查螺旋槳情況（正常）。（2）齒輪箱上三位四通操縱閥拆出清洗，控制空氣和油壓系統(tǒng)檢查。（正常）（3）齒輪箱由專業(yè)人員檢查試驗(yàn)正常。（4）主機(jī)曲拐箱內(nèi)部檢查正常。（5）調(diào)速器拆下由專業(yè)廠檢修校驗(yàn)。（正常）（6）高壓油泵檢查，NO5缸柱塞套筒換新。（7）燃油系統(tǒng)檢查，噴油定時多次校驗(yàn)，NO4缸滯后8°；NO1，2，3，5，6缸滯后3-4°，所有缸恢復(fù)至13~14°（8）噴油器檢查，NO4缸油頭換新。經(jīng)以上航修后，從主機(jī)試航的情況看來主機(jī)工況較停航修理前好轉(zhuǎn)，其反應(yīng)如下：（1）主機(jī)空載轉(zhuǎn)速400rpm時工況尚可，有些黑煙。（2）主機(jī)空載加速至480rpm時黑煙加重，排氣管燒紅，可見沒有徹底解決問題，其參數(shù)見表4。從主機(jī)試航體現(xiàn)的參數(shù)看來，主機(jī)已能合排，多數(shù)缸壓縮壓力有所下降，曲拐箱透氣正常，排溫偏高，排氣管有燒紅現(xiàn)象，目前未達(dá)到正常運(yùn)行工況，通過多方分析，岸基認(rèn)為排氣管燒紅可能與增壓器有關(guān)，但主機(jī)合排困難主要是主機(jī)本身的問題，岸基決定先解決主機(jī)的自身問題再實(shí)施增壓器改造，決定對主機(jī)的NO.2，4，5，7，8缸進(jìn)行缸頭檢查，空冷器吊廠清洗。從缸頭檢查結(jié)果看來各氣閥及閥座麻點(diǎn)很多，但無燒蝕現(xiàn)象，氣閥重新研磨組裝，盤車檢查缸套表面正常、無拉痕；中冷器吊出，觀察表面清潔，吊廠清洗，內(nèi)部有煤灰等臟物，徹底清洗妥，主機(jī)裝妥試車，其概況如下：主機(jī)使用輕油，船舶在空載的情況下，主機(jī)轉(zhuǎn)速為580rpm，排氣總管發(fā)紅現(xiàn)象消失，主機(jī)仍冒中低度黑煙，燃燒不很完善，參數(shù)見表5。根據(jù)主機(jī)的運(yùn)行工況，岸基查閱了該輪主機(jī)的歷史運(yùn)行參數(shù)，認(rèn)為主機(jī)目前的工況與以前運(yùn)行工況相近，主機(jī)基本滿足運(yùn)行要求，鑒于該臺主機(jī)的現(xiàn)狀，參考相關(guān)船舶增壓器改造效果，決定更換增壓器，以VTR304-P型增壓器替代MET30SR型增壓器。隨后該輪實(shí)施了增壓器改造，從改造結(jié)果反映該輪主機(jī)掃氣壓力升高明顯，排溫下降，排氣管發(fā)紅現(xiàn)象消除，經(jīng)多個航次運(yùn)行檢測，主機(jī)工況良好，至此該輪排氣管發(fā)紅故障消除。主機(jī)630rpm，船舶重載時測得工況參數(shù)見表6。三、故障分析探討這次事故是從排氣管發(fā)紅開始，在較短的時間內(nèi)主機(jī)工況急劇惡化，以致不能合排工作，給機(jī)務(wù)管理人員對故障判斷帶來困難，如：（1）主機(jī)排氣管發(fā)紅，但各缸排溫不高，查各缸排溫表正常，翻閱歷史記錄，正常排溫一般320℃左右，據(jù)船員反應(yīng)該主機(jī)各缸排溫超360℃，排氣管必發(fā)紅，此種現(xiàn)象可能一直存在，由于排氣管絕熱包扎較好，無法發(fā)發(fā)現(xiàn)。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，作為機(jī)務(wù)管理人員不會貿(mào)然肯定是增壓器的問題，一直遵循常規(guī)的分析方法處理問題。（2）柴油機(jī)燃燒惡化的勢頭迅猛，主機(jī)排氣管發(fā)紅現(xiàn)象同主機(jī)不能合排故障交織在一起，使得故障處理復(fù)雜化。當(dāng)時船舶工況已嚴(yán)重惡化，慢車抵港拋錨待靠，在第二天起錨靠泊時發(fā)現(xiàn)主機(jī)不能合排，由拖輪助泊靠妥，岸基人員上船了解情況，輪機(jī)長解釋說明由于排氣管發(fā)紅現(xiàn)象的存在，船舶輪機(jī)人員一直在尋找原因，并對氣缸密封性，中冷器的清潔，氣閥間隙，噴油正時等各項(xiàng)進(jìn)行檢查并認(rèn)為正常，當(dāng)時曾把主機(jī)進(jìn)氣道門打開，增壓器解體檢查渦輪葉片正常，噴咀環(huán)正常，鍋爐廢氣旁通，主機(jī)空車正常，一合排主機(jī)就達(dá)不到最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)，并大量地冒黑煙，安全閥起跳，油門格數(shù)在調(diào)速器作用下拉到最大位置，在排除了螺旋槳和齒輪箱的故障后，唯一可懷疑的應(yīng)是柴油機(jī)本身，并認(rèn)為主機(jī)不能合排是主機(jī)本身的問題，排氣管發(fā)紅應(yīng)與增壓器有關(guān)，決定對氣缸密封性，中冷器的清潔，氣閥間隙，噴油正時等各項(xiàng)由專業(yè)技術(shù)人員重新檢查，從以上的檢查中可發(fā)現(xiàn)各參數(shù)有較大出入，柴油機(jī)各參數(shù)恢復(fù)后，主機(jī)工況回復(fù)，隨后進(jìn)行了增壓器改造。LH輪排氣管發(fā)紅維修，涉及面廣，時間跨度大。相關(guān)管理部門投入了大量的人力物力，相關(guān)管理人員壓力巨大，從發(fā)現(xiàn)到處理結(jié)束歷時約二個月。此次設(shè)備修理事故的處理，輪機(jī)人員及機(jī)務(wù)管理人員能得到很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，值得相關(guān)人員深入思考和借鑒。在正常的情況下，排氣管中的廢氣能量由二部分組成，即廢氣的動能與勢能，廢氣在各缸排氣口排出時速度很快，動能很高而勢能相對較低。而在排氣總管中，廢氣的流動速度已大大降低，其部份能量已轉(zhuǎn)變?yōu)閺U氣的勢能，這就解釋了各缸的排氣溫度沒有增壓器前溫度高的一般原因，雖然柴油機(jī)的排氣總管溫度略高于各缸排氣溫度，但排氣管發(fā)紅現(xiàn)象是不應(yīng)出現(xiàn)的。在特殊情況下，排氣管出現(xiàn)發(fā)紅現(xiàn)象，原因可歸類為以下方面：首先，廢氣鍋爐與增壓器的廢氣通道有臟堵現(xiàn)象，廢氣流動困難，大部份能量轉(zhuǎn)變?yōu)閺U氣的勢能，相對來說排氣總管的溫度會升高，排氣總管溫度升高的同時排氣背壓也升高，即各缸排氣背壓升高排氣不暢甚至廢氣倒灌，必有各缸排氣溫度升高，定期清洗增壓器及疏通鍋爐的廢氣端往往能有效地降低排氣溫度，此次事故檢修過程中排除了這方面的原因；其次，受螺旋槳、軸系及齒輪箱等外部因素的影響，使得主機(jī)排氣管發(fā)紅，此次事故檢修過程中也排除了這方面的因素；再次，可燃?xì)怏w在燃燒室里沒有得到充分燃燒就排放到排氣總管中，勢必會引起燃?xì)庠谂艢饪偣苤腥紵?，直接?dǎo)致排氣總管溫度急劇上升。這種情況也可分為三個方面來考慮，一者由于燃油系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如噴油器霧化不良，高壓油泵泄漏嚴(yán)重噴油滯后等等；二者是由于新鮮空氣供應(yīng)不足引起，如增壓器效率差，中冷器臟堵，氣閥正時變化，掃氣背壓高，氣閥間隙過大等等到原因引起，三者是氣缸密封性不良導(dǎo)致的燃燒惡化，也會導(dǎo)致排氣管溫度升高。從這三點(diǎn)入手基本上可解決排氣管發(fā)紅故障。在此次事故的處理中，基本上也是遵循以上的分析，并進(jìn)行實(shí)施，最后認(rèn)為是增壓器的進(jìn)氣量不足引起。一個比較合理的解釋是：該輪主機(jī)在選配時存在負(fù)荷偏重現(xiàn)象，導(dǎo)致主機(jī)降速航行，使得該輪主機(jī)一直處于部分負(fù)荷下工作，在該運(yùn)行區(qū)間，MET-30SR型增壓器供氣量稍顯不足，燃油燃燒不完全，一部分燃油的燃燒并非直接作功，而是在排氣管中繼續(xù)燃燒，引起排氣管發(fā)紅，排溫較高；而VTR-304P11型增壓器本身也是8DKM-28柴油機(jī)選配型號，其在部分工況下更能顯示出良好的供氣性能，從更換后的主機(jī)性能反映，充分地印證了這一解釋，效果相當(dāng)明顯，隨著增壓器掃氣壓力的提高，主機(jī)進(jìn)氣量明顯增多，從而減少了燃燒不完全現(xiàn)象，后燃得到控制，主機(jī)排氣管發(fā)紅現(xiàn)象消失，排溫降低，在后續(xù)的觀察中也發(fā)